Er interstellare reiser ekte?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Forfatteren av artikkelen forteller i detalj om fire lovende teknologier som gir mennesker muligheten til å nå et hvilket som helst sted i universet i løpet av ett menneskeliv. Til sammenligning: ved hjelp av moderne teknologi vil veien til et annet stjernesystem ta omtrent 100 tusen år.

Helt siden mennesket først så inn på nattehimmelen, har vi drømt om å besøke andre verdener og se universet. Og selv om rakettene våre med kjemisk drivstoff allerede har nådd mange planeter, måner og andre kropper i solsystemet, dekket romfartøyet lengst fra jorden, Voyager 1, bare 22,3 milliarder kilometer. Dette er bare 0,056 % av avstanden til nærmeste kjente stjernesystem. Ved hjelp av moderne teknologi vil veien til et annet stjernesystem ta omtrent 100 tusen år.

Det er imidlertid ikke nødvendig å handle som vi alltid har gjort. Effektiviteten av å sende kjøretøy med stor nyttelastmasse, selv med mennesker om bord, over enestående avstander i universet kan bli betraktelig forbedret hvis riktig teknologi brukes. Mer spesifikt er det fire lovende teknologier som kan få oss til stjernene på mye kortere tid. Her er de.

en). Kjernefysisk teknologi. Så langt i menneskehetens historie har alle romfartøyer som er skutt ut i verdensrommet én ting til felles: en kjemisk drevet motor. Ja, rakettdrivstoff er en spesiell blanding av kjemikalier designet for å gi maksimal skyvekraft. Uttrykket "kjemikalier" er viktig her. Reaksjonene som gir energi til motoren er basert på omfordeling av bindinger mellom atomer.

Dette begrenser våre handlinger fundamentalt! Det overveldende flertallet av massen til et atom faller på kjernen - 99, 95%. Når en kjemisk reaksjon starter, blir elektronene som kretser rundt atomene omfordelt og frigjør vanligvis som energi omtrent 0, 0001 % av den totale massen til atomene som deltar i reaksjonen, ifølge Einsteins berømte ligning: E = mc2. Dette betyr at for hvert kilo drivstoff som lastes inn i raketten, under reaksjonen, får du energi tilsvarende ca 1 milligram.

Men hvis det brukes atomdrevne raketter, vil situasjonen være drastisk annerledes. I stedet for å stole på endringer i konfigurasjonen av elektroner og hvordan atomer binder seg til hverandre, kan du frigjøre en relativt stor mengde energi ved å påvirke hvordan atomkjernene er koblet til hverandre. Når du spalter et uranatom ved å bombardere det med nøytroner, avgir det mye mer energi enn noen kjemisk reaksjon. 1 kilo uran-235 kan frigjøre en energimengde tilsvarende 911 milligram masse, som er nesten tusen ganger mer effektivt enn kjemisk drivstoff.

Vi kunne gjøre motorer enda mer effektive hvis vi mestret kjernefysisk fusjon. For eksempel, et system med treghetskontrollert termonukleær fusjon, ved hjelp av hvilket det ville være mulig å syntetisere hydrogen til helium, skjer en slik kjedereaksjon på solen. Syntesen av 1 kilo hydrogendrivstoff til helium vil konvertere 7,5 kilo masse til ren energi, som er nesten 10 tusen ganger mer effektivt enn kjemisk drivstoff.

Tanken er å få samme akselerasjon for en rakett i mye lengre tid: hundrevis eller til og med tusenvis av ganger lenger enn nå, noe som ville tillate dem å utvikle hundrevis eller tusenvis av ganger raskere enn konvensjonelle raketter nå. En slik metode vil redusere tiden for interstellar flyging til hundrevis eller til og med titalls år. Dette er en lovende teknologi som vi vil være i stand til å bruke innen 2100, avhengig av tempoet og retningen for vitenskapelig utvikling.

2). En stråle av kosmiske lasere. Denne ideen er kjernen i Breakthrough Starshot-prosjektet, som ble kjent for noen år siden. Gjennom årene har ikke konseptet mistet sin attraktivitet. Mens en konvensjonell rakett bærer drivstoff med seg og bruker det på akselerasjon, er nøkkelideen til denne teknologien en stråle av kraftige lasere som vil gi romfartøyet den nødvendige impulsen. Med andre ord vil akselerasjonskilden være frikoblet fra selve skipet.

Dette konseptet er både spennende og revolusjonerende på mange måter. Laserteknologier utvikler seg med suksess og blir ikke bare kraftigere, men også svært kollimerte. Så hvis vi lager et seillignende materiale som reflekterer en høy nok prosentandel av laserlys, kan vi bruke et laserskudd for å få romskipet til å utvikle kolossale hastigheter. "Stjerneskipet" som veier ~ 1 gram forventes å nå en hastighet på ~ 20 % av lysets hastighet, noe som vil tillate det å fly til nærmeste stjerne, Proxima Centauri, på bare 22 år.

For dette må vi selvfølgelig lage en enorm laserstråle (ca. 100 km2), og dette må gjøres i verdensrommet, selv om dette er mer et kostnadsproblem enn teknologi eller vitenskap. Det er imidlertid en del utfordringer som må overvinnes for å kunne gjennomføre et slikt prosjekt. Blant dem:

• et ustøttet seil vil rotere, en slags (ennå ikke utviklet) stabiliseringsmekanisme er nødvendig;
• manglende evne til å bremse når destinasjonspunktet er nådd, siden det ikke er drivstoff om bord;
• selv om det viser seg å skalere enheten for transport av mennesker, vil en person ikke være i stand til å overleve med en enorm akselerasjon - en betydelig forskjell i hastighet på kort tid.

Kanskje teknologier en dag vil kunne ta oss til stjernene, men det er fortsatt ingen vellykket metode for en person å nå en hastighet som tilsvarer ~ 20% av lysets hastighet.

3). Antimaterie drivstoff. Hvis vi fortsatt vil ha med oss drivstoff, kan vi gjøre det mest mulig effektivt: det vil være basert på utslettelse av partikler og antipartikler. I motsetning til kjemisk eller kjernefysisk brensel, hvor bare en brøkdel av massen om bord omdannes til energi, bruker partikkel-antipartikkelutslettelse 100 % av massen til både partikler og antipartikler. Evnen til å konvertere alt drivstoff til pulsenergi er det høyeste nivået av drivstoffeffektivitet.

Det oppstår vanskeligheter med å anvende denne metoden i praksis i tre hovedretninger. Nærmere bestemt:

• opprettelse av stabil nøytral antimaterie;
• evnen til å isolere den fra vanlig materie og nøyaktig kontrollere den;
• produsere antimaterie i store nok mengder for interstellar flyvning.

Heldigvis jobbes det med de to første sakene allerede.

Ved European Organization for Nuclear Research (CERN), der Large Hadron Collider ligger, er det et enormt kompleks kjent som «antimateriefabrikken». Der undersøker seks uavhengige team av forskere egenskapene til antimaterie. De tar antiprotoner og bremser dem, og tvinger positronet til å binde seg til dem. Slik skapes antiatomer eller nøytral antimaterie.

De isolerer disse antiatomene i en beholder med varierende elektriske og magnetiske felt som holder dem på plass, vekk fra veggene i en beholder laget av materie. Nå, midten av 2020, har de vellykket isolert og stabilisert flere antiatomer i en time av gangen. I løpet av de neste årene vil forskere være i stand til å kontrollere bevegelsen av antimaterie innenfor gravitasjonsfeltet.

Denne teknologien vil ikke være tilgjengelig for oss i nær fremtid, men det kan vise seg at vår raskeste måte å reise mellom stjerner er en antimaterierakett.

4). Romskip på mørk materie. Dette alternativet er absolutt avhengig av antagelsen om at enhver partikkel som er ansvarlig for mørk materie oppfører seg som en boson og er sin egen antipartikkel. I teorien har mørk materie, som er sin egen antipartikkel, en liten, men ikke null, sjanse til å utslette med en hvilken som helst annen partikkel av mørk materie som kolliderer med den. Vi kan potensielt bruke energien som frigjøres som følge av kollisjonen.

Det er mulig bevis for dette. Som et resultat av observasjoner har det blitt fastslått at Melkeveien og andre galakser har et uforklarlig overskudd av gammastråling som kommer fra sentrene deres, der konsentrasjonen av mørk energi burde være høyest. Det er alltid en mulighet for at det er en enkel astrofysisk forklaring på dette, for eksempel pulsarer. Det er imidlertid mulig at denne mørke materien fortsatt tilintetgjør med seg selv i sentrum av galaksen og dermed gir oss en utrolig idé - et stjerneskip på mørk materie.

Fordelen med denne metoden er at mørk materie finnes bokstavelig talt overalt i galaksen. Dette betyr at vi slipper å ha med oss drivstoff på turen. I stedet kan den mørke energireaktoren ganske enkelt gjøre følgende:

• ta enhver mørk materie som er i nærheten;
• fremskynde utslettelse eller la den utslette naturlig;
• omdirigere den mottatte energien for å få fart i hvilken som helst ønsket retning.

Et menneske kan kontrollere størrelsen og kraften til reaktoren for å oppnå de ønskede resultatene.

Uten behov for å ha drivstoff om bord vil mange av problemene med fremdriftsdrevet romfart forsvinne. I stedet vil vi være i stand til å oppnå den elskede drømmen om enhver reise - ubegrenset konstant akselerasjon. Dette vil gi oss den mest utenkelige evnen - evnen til å nå et hvilket som helst sted i universet i løpet av ett menneskeliv.

Hvis vi begrenser oss til eksisterende rakettteknologier, vil vi trenge minst titusenvis av år på å reise fra jorden til det nærmeste stjernesystemet. Imidlertid er betydelige fremskritt innen motorteknologi nærme, og vil redusere reisetiden til ett menneskeliv. Hvis vi kan mestre bruken av kjernebrensel, kosmiske laserstråler, antimaterie eller til og med mørk materie, vil vi oppfylle vår egen drøm og bli en romsivilisasjon uten bruk av forstyrrende teknologier som warp-drev.

Det er mange potensielle måter å gjøre vitenskapsbaserte ideer om til gjennomførbare, virkelige neste generasjons motorteknologier. Det er godt mulig at romskipet, som ennå ikke er oppfunnet, mot slutten av århundret vil ta plassen til New Horizons, Pioneer og Voyager som de mest fjerne menneskeskapte objektene fra jorden. Vitenskapen er allerede klar. Det gjenstår for oss å se forbi vår nåværende teknologi og gjøre denne drømmen til virkelighet.